JP2006521934A - Method for forming carbon nanotube - Google Patents

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Abstract

プラズマ化学デポジション方法により基板の表面上にカーボンナノチューブを形成する。該カーボンナノチューブの成長後、新しく形成されたナノチューブ構造に後処理工程を施す。後処理工程は、グラファイトやその他のカーボン粒子を、成長したナノチューブの壁部から取り除き、ナノチューブ層の厚みを制御する。一定の基板温度でプラズマにより後処理工程を行う。後処理工程のため、水素含有ガスをプラズマ源ガスとして用いる。ナノチューブ成長工程から後処理工程への転移の間で、プラズマ処理室内の圧力が室内にプラズマを閉じ込めることなく前述の純化ガスで安定化される。これは、プラズマ処理室をパージして真空にする必要性をなくす。Carbon nanotubes are formed on the surface of the substrate by a plasma chemical deposition method. After the growth of the carbon nanotube, a post-treatment process is performed on the newly formed nanotube structure. The post-treatment process removes graphite and other carbon particles from the wall of the grown nanotube, and controls the thickness of the nanotube layer. A post-processing step is performed with plasma at a constant substrate temperature. For the post-treatment process, a hydrogen-containing gas is used as the plasma source gas. During the transition from the nanotube growth process to the post-treatment process, the pressure in the plasma processing chamber is stabilized with the above-described purification gas without confining the plasma in the chamber. This eliminates the need to purge and vacuum the plasma processing chamber.

Description

本発明は、カーボンナノチューブの形成方法に係り、特に、純化処理によってグラファイト及びカーボン粒子を除去したカーボンナノチューブの形成方法に係る。 The present invention relates to a method for forming carbon nanotubes, and more particularly to a method for forming carbon nanotubes in which graphite and carbon particles are removed by a purification treatment.

カーボンは、ダイヤモンド、グラファイト、フラーレン、及びカーボンナノチューブを含む４つの結晶状態を有する。カーボンナノチューブは、数多くの優れた電気的及び機械的な性質を有するため、ブラウン管（ＣＲＴ）等、最新の電子装置に用いるのが望ましい。   Carbon has four crystalline states including diamond, graphite, fullerene, and carbon nanotubes. Since carbon nanotubes have many excellent electrical and mechanical properties, they are desirable for use in modern electronic devices such as cathode ray tubes (CRT).

元々、カーボンナノチューブは、２本のグラファイト・ロッド間における電気アーク放電を利用して作られていた。しかし、このようなカーボンナノチューブの形成方法は効率が悪く、複雑な後処理又は純化処理を必要とする。   Originally, carbon nanotubes were made using an electric arc discharge between two graphite rods. However, such a method for forming carbon nanotubes is inefficient and requires complicated post-treatment or purification treatment.

また、この参照により開示に含まれる米国特許第６，３３１，２０９Ｂ１号等において説明されているように、カーボンナノチューブは、プラズマ化学蒸着（デポジション）により基板上で成長させることができる。すなわち、従来のナノチューブ形成方法として本明細書で参照する上記方法によれば、プラズマ化学蒸着（デポジション）方法によりカーボンナノチューブを高プラズマ密度で基板上に成長させる。この従来のカーボンナノチューブ形成方法は、カーボンナノチューブ層をプラズマ・デポジションにより所定の厚さになるまで基板上で成長させる工程と、プラズマエッチングにより前記カーボンナノチューブ層を純化する工程と、前記カーボンナノチューブ層の成長及び純化を繰り返す工程とから成る。プラズマエッチングのために、例えばハロゲン含有ガス、カーボン四フッ化炭素ガスを供給ガスとして用いる。   Also, as described in US Pat. No. 6,331,209B1, etc. included in this disclosure by reference, carbon nanotubes can be grown on a substrate by plasma chemical vapor deposition (deposition). That is, according to the above method referred to in this specification as a conventional nanotube formation method, carbon nanotubes are grown on a substrate at a high plasma density by a plasma chemical vapor deposition (deposition) method. The conventional carbon nanotube forming method includes a step of growing a carbon nanotube layer on a substrate until a predetermined thickness is obtained by plasma deposition, a step of purifying the carbon nanotube layer by plasma etching, and the carbon nanotube layer. And the process of repeating the growth and purification. For plasma etching, for example, a halogen-containing gas or carbon tetrafluoride gas is used as a supply gas.

なお、従来のカーボンナノチューブの成長方法によれば、各ナノチューブ成長工程後及びナノチューブ純化工程前に、処理室内のプラズマを遮断し、処理室をパージして真空にする必要がある。その後、純化ガスの圧力を安定化するとともに、プラズマは非凡な電気的かつ機械的性質のものとされねばならず、それは陰極線管（ＣＲＴ）のような近代的な電子デバイスに使用するのに非常に望ましいものにする。
元々、カーボンナノチューブは、２本のグラファイト・ロッド間における電気アーク放電を利用して作られていた。しかし、このようなカーボンナノチューブの形成方法は効率が悪く、複雑な後処理又は純化処理を必要とする。
また、この参照により開示に含まれる米国特許第６，３３１，２０９Ｂ１号等において説明されているように、カーボンナノチューブは、プラズマ化学デポジションにより基板上で成長させることができる。すなわち、従来のナノチューブ形成方法として本明細書で参照する上記方法によれば、プラズマ化学デポジション方法によりカーボンナノチューブを高プラズマ密度で基板上に成長させる。この従来のカーボンナノチューブ形成方法は、カーボンナノチューブ層をプラズマデポジションにより所定の厚さになるまで基板上で成長させる工程と、プラズマエッチングにより前記カーボンナノチューブ層を純化する工程と、前記カーボンナノチューブ層の成長及び純化を繰り返す工程とから成る。プラズマエッチングのために、例えばハロゲン含有ガス、カーボン四フッ化炭素ガスを供給ガスとして用いる。
なお、従来のカーボンナノチューブの成長方法によれば、各ナノチューブ成長工程後及びナノチューブ純化工程前に、処理室内のプラズマを遮断し、処理室をパージして真空にする必要がある。その後、純化ガスの圧力を安定化するとともに、プラズマを再び印加しなければならない。カーボンナノチューブが成長した後及びカーボンナノチューブを純化する前に上記複数の工程を完了させなくてはならないため、従来のカーボンナノチューブ形成方法は非常にコストが高く、処理時間が長時間にわたっていた。
したがって、より少ない処理工程によりカーボンナノチューブを形成する技術が望まれている。 According to the conventional carbon nanotube growth method, after each nanotube growth step and before the nanotube purification step, it is necessary to shut off the plasma in the processing chamber and purge the processing chamber to make a vacuum. Thereafter, while stabilizing the pressure of the purifying gas, the plasma must be of exceptional electrical and mechanical properties, which is very useful for use in modern electronic devices such as cathode ray tubes (CRT). Make it desirable.
Originally, carbon nanotubes were made using an electric arc discharge between two graphite rods. However, such a method for forming carbon nanotubes is inefficient and requires complicated post-treatment or purification treatment.
Also, carbon nanotubes can be grown on a substrate by plasma chemical deposition, as described in US Pat. No. 6,331,209B1, etc., included in the disclosure by this reference. That is, according to the above method referred to in this specification as a conventional nanotube formation method, carbon nanotubes are grown on a substrate at a high plasma density by a plasma chemical deposition method. The conventional carbon nanotube formation method includes a step of growing a carbon nanotube layer on a substrate until a predetermined thickness is obtained by plasma deposition, a step of purifying the carbon nanotube layer by plasma etching, and a step of forming the carbon nanotube layer. And a process of repeating growth and purification. For plasma etching, for example, a halogen-containing gas or carbon tetrafluoride gas is used as a supply gas.
According to the conventional carbon nanotube growth method, after each nanotube growth step and before the nanotube purification step, it is necessary to shut off the plasma in the processing chamber and purge the processing chamber to make a vacuum. Thereafter, the pressure of the purifying gas must be stabilized and the plasma must be applied again. After the carbon nanotubes grow and before the carbon nanotubes are purified, the plurality of steps must be completed, so that the conventional method for forming carbon nanotubes is very expensive and the processing time is long.
Therefore, a technique for forming carbon nanotubes with fewer processing steps is desired.

本発明は、上記従来のカーボンナノチューブに関する上記及びその他の問題のうち少なくとも１つを実質的に解決する方法及び装置に係る。本発明の実施例にしたがい、カーボンナノチューブの形成方法を提供する。   The present invention is directed to a method and apparatus that substantially solves at least one of the above and other problems associated with the conventional carbon nanotubes. According to an embodiment of the present invention, a method for forming a carbon nanotube is provided.

本発明の概念によれば、複数のカーボンナノチューブを基板上に形成する。該カーボンナノチューブは、まず、プラズマ化学デポジションにより基板上で成長させられ、次に、成長したカーボンナノチューブを純化することにより純化される。基板は、ガラス、セラミック、ウエハ、結晶、又は金属合金により構成することができる。   According to the concept of the present invention, a plurality of carbon nanotubes are formed on a substrate. The carbon nanotubes are first grown on a substrate by plasma chemical deposition and then purified by purifying the grown carbon nanotubes. The substrate can be composed of glass, ceramic, wafer, crystal, or metal alloy.

好ましくは、基板の表面に触媒材料を塗布する。加えて、基板と触媒層の間にバッファ層を設けてもよい。成長工程において、プラズマ化学デポジションの供給ガスとして炭化水素ガスを用いてもよく、純化を促進させるための添加ガスとして水素含有炭素ガスを用いてもよい。一方、後処理において、カーボンナノチューブの成長に用いる添加ガスと同様な水素含有ガスを、プラズマ用の供給ガスとして連続的に用いることができる。   Preferably, a catalyst material is applied to the surface of the substrate. In addition, a buffer layer may be provided between the substrate and the catalyst layer. In the growth process, a hydrocarbon gas may be used as a supply gas for plasma chemical deposition, and a hydrogen-containing carbon gas may be used as an additive gas for promoting purification. On the other hand, in the post-treatment, a hydrogen-containing gas similar to the additive gas used for the growth of carbon nanotubes can be continuously used as a supply gas for plasma.

プラズマ化学デポジション及び純化のために用いるプラズマの密度は、１０10ｃｍ3〜１０12ｃｍ3とすることができる。 The density of the plasma used for plasma chemical deposition and purification can be 10 10 cm 3 to 10 12 cm 3 .

本発明に関する他の側面は以下に説明されるとともに、詳細な説明から自明であり、または本発明の実施により学習することができる。本発明の側面は、添付の請求項に特に示された要素及び組み合わせによって実現することができる。
上述の説明及び以下の説明は単に例示的及び説明的なものに過ぎず、請求項に示された発明を限定するものではない。
本明細書に添付され、その一部を構成する添付図面は、本発明の実施例を示し、詳細な説明と合わせて本発明の原則を説明するものである。 Other aspects of the present invention are described below and are apparent from the detailed description or can be learned by practice of the invention. The aspects of the invention may be realized by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims.
The foregoing and following description is exemplary and explanatory only and is not intended to limit the invention as claimed.
The accompanying drawings, which are included in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the detailed description, explain the principles of the invention.

以下、添付図面を参照しながら本発明を詳細に説明するが、同一の機能要素は同一の符号で示す。上記添付図面は、本発明の原則に基づく具体的な実施例を示すものである。当業者が本発明を実施できるよう、実施例について詳細にわたり十分に説明する。なお、他の実施例を用いることもでき、本発明の範囲及び精神を逸脱しない範囲で構造上の変更が可能である。したがって、以下の詳細な説明は狭義に解釈されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same functional elements are denoted by the same reference numerals. The accompanying drawings illustrate specific embodiments based on the principles of the present invention. The examples are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be noted that other embodiments can be used and structural changes can be made without departing from the scope and spirit of the present invention. The following detailed description is, therefore, not to be construed in a narrow sense.

本発明の概念によれば、プラズマ化学デポジション（蒸着）処理によってカーボンナノチューブを基板上に形成する。該基板の材料は、導電性や剛性等、所望の機械的及び電気的性質に応じて選択することができる。本発明の一実施例では、ガラス、水晶、セラミック板等の導電性材料によって基板を形成する。他の実施例では、基板を合金によって形成することができる。当業者であれば、基板材料の選択が本発明の概念にとって重要でないことが理解できるであろう。   According to the concept of the present invention, carbon nanotubes are formed on a substrate by a plasma chemical deposition (vapor deposition) process. The material of the substrate can be selected according to desired mechanical and electrical properties such as conductivity and rigidity. In one embodiment of the present invention, the substrate is formed of a conductive material such as glass, crystal, or ceramic plate. In other embodiments, the substrate can be formed of an alloy. One skilled in the art will appreciate that the choice of substrate material is not critical to the concepts of the present invention.

図１は、本発明の概念に基づくカーボンナノチューブ形成方法に用いる基板の一実施例１００を示す断面図である。基板上で容易にカーボンナノチューブを形成できるようにするため、図１に示すように、基板１００の上面に触媒金属層１０３を所定の厚さに塗布することができる。例えば、触媒層１０３は、ニッケル、コバルト、及び鉄を含む遷移族金属のうち１の金属により構成することができるが、これに限定されない。所定の厚さを有する触媒層を基板に塗布する様々な方法が当業者に知られている。広く用いられている方法として、スパッタ蒸着処理がある。触媒層１０３の厚さは１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内で変更することができる。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment 100 of a substrate used in a carbon nanotube formation method based on the concept of the present invention. In order to make it easy to form carbon nanotubes on the substrate, a catalytic metal layer 103 can be applied to the upper surface of the substrate 100 to a predetermined thickness as shown in FIG. For example, the catalyst layer 103 can be made of one metal among transition group metals including nickel, cobalt, and iron, but is not limited thereto. Various methods for applying a catalyst layer having a predetermined thickness to a substrate are known to those skilled in the art. As a widely used method, there is a sputter deposition process. The thickness of the catalyst layer 103 can be changed within a range of 1 nm to 100 nm.

本発明の他の実施例において、基板と触媒層１０３との間に、バッファ層１０２を追加して配置することが可能である。バッファ層１０２は、触媒層１０３と基板１０１との間の拡散を防止する。本発明の一実施例では、バッファ層１０３を金属によって形成することができる。一実施例では、バッファ層１０２をモリブデンによって形成することができる。他の実施例では、バッファ層１０２をチタン又はタングステン・チタンによって形成することができる。他の実施例では、バッファ層１０２の材料として、チタン、タングステン・チタン、又は窒化チタンによって形成することができる。上記触媒層１０３および追加バッファ層１０２を有する基板はプラズマ処理室内に載置され、カーボンナノチューブを成長させる。   In another embodiment of the present invention, an additional buffer layer 102 can be disposed between the substrate and the catalyst layer 103. The buffer layer 102 prevents diffusion between the catalyst layer 103 and the substrate 101. In one embodiment of the present invention, the buffer layer 103 can be formed of metal. In one example, the buffer layer 102 can be formed of molybdenum. In other embodiments, the buffer layer 102 can be formed of titanium or tungsten-titanium. In other embodiments, the buffer layer 102 can be formed of titanium, tungsten-titanium, or titanium nitride. The substrate having the catalyst layer 103 and the additional buffer layer 102 is placed in a plasma processing chamber to grow carbon nanotubes.

図２は、本発明に係るカーボンナノチューブ形成方法の成長段階における基板の一実施例２００を示す断面図である。図２において、符号２０２は、プラズマ源によって作られるデポジション・プラズマを示し、符号２０１は、新たに成長したカーボンナノチューブ層を示す。形成方法を容易にするため、プラズマ処理室内の基板１００及び雰囲気ガスを４００度Ｃ〜６００度Ｃの温度に加熱する。本発明の一実施例では、高密度のプラズマを発生可能な容量結合プラズマ室が、ナノチューブ成長処理で使用される。水素含有ガスをプラズマ・デポジション２０２に用いる供給ガスとすることができる。本発明の別の実施例では、プラズマ源として誘導結合プラズマ装置を用いてもよい。本発明の一実施例では、カーボンナノチューブを成長させるプラズマ密度を１０10／ｃｍ2〜１０12／ｃｍ2とする。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment 200 of a substrate in the growth stage of the carbon nanotube formation method according to the present invention. In FIG. 2, reference numeral 202 indicates a deposition plasma produced by a plasma source, and reference numeral 201 indicates a newly grown carbon nanotube layer. In order to facilitate the formation method, the substrate 100 and the atmospheric gas in the plasma processing chamber are heated to a temperature of 400 ° C. to 600 ° C. In one embodiment of the present invention, a capacitively coupled plasma chamber capable of generating a high density plasma is used in the nanotube growth process. A hydrogen-containing gas can be the feed gas used for the plasma deposition 202. In another embodiment of the present invention, an inductively coupled plasma device may be used as the plasma source. In one embodiment of the present invention, the plasma density for growing carbon nanotubes is set to 10 10 / cm 2 to 10 12 / cm 2 .

本発明の一実施例において、ＣＨ4ガス及びＣ2Ｈ2ガスのうち一方を、カーボンナノチューブの成長に用いるプラズマ源ガスとして用いることができる。カーボンナノチューブの成長過程における基板の温度は４００度Ｃ〜８００度Ｃであり、プラズマガス圧は５００ｍＴｏｒｒ〜５，０００ｍＴｏｒｒである。カーボンナノチューブ層はプラズマ処理室内で所定の厚みになるまで成長する。なお、上記カーボンナノチューブ層の厚さは、成長時間に対して直線関係を有しない。 In one embodiment of the present invention, one of CH 4 gas and C 2 H 2 gas can be used as a plasma source gas used for growth of carbon nanotubes. The temperature of the substrate during the growth process of the carbon nanotube is 400 ° C. to 800 ° C., and the plasma gas pressure is 500 mTorr to 5,000 mTorr. The carbon nanotube layer is grown to a predetermined thickness in the plasma processing chamber. Note that the thickness of the carbon nanotube layer does not have a linear relationship with the growth time.

上述したようにカーボンナノチューブを成長させた後、新たに形成されたカーボンナノチューブ構造に対して純化工程を施す。具体的には、後処理により、成長したナノチューブの壁部からグラファイトやその他のカーボン粒子を除去し、カーボンナノチューブの直径を制御する。図３は、本発明のカーボンナノチューブ形成方法の後段階における基板の一実施例３００を示す断面図である。図３において、符号３０１は、プラズマ源によって作られた後処理プラズマを示す。本発明の一実施例において、一定の基板温度でプラズマ３０１により後処理を行う。後処理では、付加的な水素含有ガスをプラズマ源ガスとして用いる。   After the carbon nanotubes are grown as described above, a purification process is performed on the newly formed carbon nanotube structure. Specifically, graphite and other carbon particles are removed from the wall of the grown nanotube by post-treatment, and the diameter of the carbon nanotube is controlled. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example 300 of a substrate at a later stage of the carbon nanotube formation method of the present invention. In FIG. 3, reference numeral 301 denotes a post-processing plasma created by a plasma source. In one embodiment of the present invention, post-processing is performed with plasma 301 at a constant substrate temperature. In the post-treatment, an additional hydrogen-containing gas is used as the plasma source gas.

一実施例では、Ｈ2、ＮＨ3、又はＨ2及びＮＨ3の混合ガスを、水素含有ガスとして用いることが出来る。ナノチューブ成長段階から後処理段階への転移の間で、プラズマ処理室内の圧力が室内にプラズマを遮断することなく前述の純化ガスで安定化される。これにより、プラズマ処理室をパージして真空にする必要がなくなる。後処理後、室内の圧力はナノチューブ成長ガスで再び安定化されてよく、また、ナノチューブ成長が繰り返されるようになっていても良い。図４は、成長し純化された本発明に係るカーボンナノチューブ層２０１を有する基板の一実施例４００を示す断面図である。 In one embodiment, H 2 , NH 3 , or a mixed gas of H 2 and NH 3 can be used as the hydrogen-containing gas. During the transition from the nanotube growth stage to the post-treatment stage, the pressure in the plasma processing chamber is stabilized with the purifying gas described above without blocking the plasma in the chamber. This eliminates the need to purge and vacuum the plasma processing chamber. After the post-treatment, the pressure in the chamber may be stabilized again with the nanotube growth gas, or the nanotube growth may be repeated. FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating one embodiment 400 of a substrate having a grown and purified carbon nanotube layer 201 according to the present invention.

なお、カーボンナノチューブの成長を容易にするため、触媒層を任意に処理し、ナノサイズ粒子に顆粒化してもよい。この工程は、カーボンナノチューブを成長させる前に行う。顆粒化段階では、触媒層をナノ粒子にパターン化するための顆粒化ガスに基板をさらす。この段階では、触媒層が複数の円形粒子に顆粒化され、バッファ層上に不規則に拡散される。円形のナノ粒子により、各触媒粒子上のカーボンナノチューブの密度が高くなる。   In order to facilitate the growth of carbon nanotubes, the catalyst layer may be optionally treated and granulated into nano-sized particles. This step is performed before the carbon nanotubes are grown. In the granulation step, the substrate is exposed to a granulation gas for patterning the catalyst layer into nanoparticles. At this stage, the catalyst layer is granulated into a plurality of circular particles and irregularly diffused onto the buffer layer. Circular nanoparticles increase the density of carbon nanotubes on each catalyst particle.

本発明の一実施例において、触媒粒子の顆粒サイズを１ｎｍ〜２００ｎｍとすることができる。一実施例では、顆粒密度を１０8／ｃｍ2〜１０11／ｃｍ2とすることができる。本発明の一実施例において、顆粒化段階では、触媒層の反応面が、円形の触媒粒子により三次元面に拡大される。触媒粒子の三次元面により、カーボンナノチューブの成長が促進される。また、触媒粒子の三次元面により、カーボンナノチューブの触媒層への拡散が促進される。これにより、カーボンナノチューブの形成温度を低下させることができる。顆粒化段階の後、プラズマ室は窒素（Ｎ2）ガス又はアルゴン（Ａｒ）ガスでパージされ、真空にされる。本発明の一実施例によれば、ヘリウム（Ｈｅ）をプラズマ室のパージに使用してもよい。その後、基板をプラズマ処理質内に載置し、およそ４００度Ｃ〜８００度Ｃの温度に加熱する。 In one embodiment of the present invention, the granule size of the catalyst particles may be 1 nm to 200 nm. In one example, the granule density can be 10 8 / cm 2 to 10 11 / cm 2 . In one embodiment of the present invention, in the granulation stage, the reaction surface of the catalyst layer is expanded into a three-dimensional surface by circular catalyst particles. The growth of carbon nanotubes is promoted by the three-dimensional surface of the catalyst particles. Further, the three-dimensional surface of the catalyst particles promotes the diffusion of carbon nanotubes into the catalyst layer. Thereby, the formation temperature of a carbon nanotube can be lowered. After the granulation step, the plasma chamber is purged with nitrogen (N 2 ) gas or argon (Ar) gas and evacuated. According to one embodiment of the invention, helium (He) may be used to purge the plasma chamber. Thereafter, the substrate is placed in the plasma processing material and heated to a temperature of about 400 ° C. to 800 ° C.

本発明の一実施例において、負電圧バイアスを基板に印加することによりカーボンナノチューブの垂直成長を向上させる。本発明の一実施例において、負電圧バイアスは５０ボルトから６００ボルトの間である。基板の名目的な軸に対するカーボンナノチューブの成長角度もまた、４５度より小さい角度である。カーボンナノチューブの成長後、触媒層の顆粒状粒子を除去してよい。   In one embodiment of the invention, vertical growth of carbon nanotubes is improved by applying a negative voltage bias to the substrate. In one embodiment of the invention, the negative voltage bias is between 50 volts and 600 volts. The growth angle of the carbon nanotubes relative to the nominal axis of the substrate is also less than 45 degrees. After the carbon nanotube growth, the granular particles in the catalyst layer may be removed.

ここで説明した方法及び技術は、特定の装置に固有のものではなく、構成要素を適当に組み合わせたものによって実施することができる。更に、ここで説明した技術に基づいて各種汎用装置を使用することができる。また、ここで説明した処理工程を実行するように専用装置を構築することが効果的である。   The methods and techniques described herein are not specific to a particular device and can be implemented with any suitable combination of components. Furthermore, various general-purpose devices can be used based on the technology described here. It is also effective to construct a dedicated device so as to execute the processing steps described here.

本発明は、特定の実施例に関連して説明したが限定的なものではなく、あらゆる点で例示を目的としたものに過ぎない。当業者ならば、ハードウェア、ソフトウェア、及びファームウェアを様々に組み合わせたものが本発明の実施に適していることが理解できるであろう。   Although the present invention has been described in connection with specific embodiments, it is not intended to be limiting and is intended to be exemplary only in all respects. Those skilled in the art will appreciate that various combinations of hardware, software, and firmware are suitable for implementing the present invention.

更に、ここで説明した本発明の詳細及び実施例を考慮すれば、本発明の他の実施例が当業者には自明である。上述した詳細及び実施例は例示的なものに過ぎず、本発明の正確な範囲及び精神は下記の請求項によって示されている。   In addition, other embodiments of the invention will be apparent to those skilled in the art from consideration of the details and embodiments of the invention described herein. The details and examples described above are illustrative only, and the precise scope and spirit of the invention is indicated by the following claims.

本発明に係るカーボンナノチューブ形成方法に用いる基板の一実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Example of the board | substrate used for the carbon nanotube formation method which concerns on this invention. 本発明のカーボンナノチューブ形成方法の成長段階における基板の一実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Example of the board | substrate in the growth stage of the carbon nanotube formation method of this invention. 本発明のカーボンナノチューブ形成方法の後処理段階における基板の一実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Example of the board | substrate in the post-processing stage of the carbon nanotube formation method of this invention. 本発明のカーボンナノチューブ形成方法によってカーボンナノチューブ層が形成された基板の一実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Example of the board | substrate with which the carbon nanotube layer was formed by the carbon nanotube formation method of this invention.

Claims (22)

複数のカーボンナノチューブを基板アセンブリ上に形成する方法であって、
プラズマ化学デポジションにより前記複数のカーボンナノチューブを成長させる工程と、
前記プラズマ・エッチングにより前記成長したカーボンナノチューブを後処理する工程と、
から成ることを特徴とする方法。 A method of forming a plurality of carbon nanotubes on a substrate assembly, comprising:
Growing the plurality of carbon nanotubes by plasma chemical deposition;
Post-treating the grown carbon nanotubes by the plasma etching;
A method characterized by comprising. 前記基板アセンブリは水晶から成ることを特徴とする請求項１に記載した方法。 The method of claim 1, wherein the substrate assembly comprises quartz. 前記基板アセンブリはガラスから成ることを特徴とする請求項１に記載した方法。 The method of claim 1, wherein the substrate assembly comprises glass. 前記基板アセンブリはセラミックから成ることを特徴とする請求項１に記載した方法。 The method of claim 1, wherein the substrate assembly comprises ceramic. 前記基板アセンブリはウエハであることを特徴とする請求項１に記載した方法。 The method of claim 1, wherein the substrate assembly is a wafer. 前記基板アセンブリは金属合金から成ることを特徴とする請求項１に記載した方法。 The method of claim 1, wherein the substrate assembly comprises a metal alloy. 前記基板アセンブリは、基板と、該基板上にデポジットされた触媒材料の層とを具備することを特徴とする請求項１に記載した方法。 The method of claim 1, wherein the substrate assembly comprises a substrate and a layer of catalytic material deposited on the substrate. 前記触媒材料は金属から成ることを特徴とする請求項７に記載した方法。 The method of claim 7, wherein the catalyst material comprises a metal. 前記金属は遷移金属であることを特徴とする請求項８に記載した方法。 The method of claim 8, wherein the metal is a transition metal. 前記基板アセンブリは、更に、前記基板及び前記触媒材料層の間に配置されたバッファ層を具備することを特徴とする請求項７に記載した方法。 The method of claim 7, wherein the substrate assembly further comprises a buffer layer disposed between the substrate and the catalyst material layer. 前記成長工程において、前記プラズマ化学デポジションの供給ガスとして、炭化水素ガスを用いることを特徴とする請求項１に記載した方法。 The method according to claim 1, wherein a hydrocarbon gas is used as a supply gas for the plasma chemical deposition in the growth step. 前記炭化水素ガスはＣＨ4であることを特徴とする請求項１１に記載した方法。 The method of claim 11, wherein the hydrocarbon gas is CH 4 . 前記炭化水素ガスはＣ2Ｈ2であることを特徴とする請求項１１に記載した方法。 The method of claim 11, wherein the hydrocarbon gas is C 2 H 2 . 前記成長工程において、前記基板アセンブリの温度を４００度Ｃ乃至６００度Ｃの間とすることを特徴とする請求項１に記載した方法。 The method according to claim 1, wherein the temperature of the substrate assembly is between 400C and 600C in the growth process. 前記成長工程において、圧力を５００ｍＴｏｒｒ乃至５０００ｍＴｏｒｒの間とすることを特徴とする請求項１に記載した方法。 The method according to claim 1, wherein, in the growth step, the pressure is between 500 mTorr and 5000 mTorr. 前記後処理工程において、前記プラスマ・エッチングの供給ガスとして、水素含有ガスを用いることを特徴とする請求項１に記載した方法。 The method according to claim 1, wherein in the post-processing step, a hydrogen-containing gas is used as a supply gas for the plasma etching. 前記水素含有ガスはＮＨ3であることを特徴とする請求項１１に記載した方法。 The method according to claim 11, wherein the hydrogen-containing gas is NH 3 . 前記水素含有ガスはＨ2であることを特徴とする請求項１１に記載した方法。 The method of claim 11, wherein the hydrogen-containing gas is H 2 . 前記水素含有ガスはＨ2とＮＨ3との混合ガスであることを特徴とする請求項１１に記載した方法。 The method according to claim 11, wherein the hydrogen-containing gas is a mixed gas of H 2 and NH 3 . マイクロ波プラズマ源を用いて前記プラズマ化学デポジションを行うことを特徴とする請求項１に記載した方法。 The method of claim 1, wherein the plasma chemical deposition is performed using a microwave plasma source. 誘導結合プラズマ源を用いて前記プラズマ化学デポジションを行うことを特徴とする請求項１に記載した方法。 The method of claim 1, wherein the plasma chemical deposition is performed using an inductively coupled plasma source. 容量結合プラズマ源を用いて前記プラズマ化学デポジションを行うことを特徴とする請求項１に記載した方法。 The method of claim 1, wherein the plasma chemical deposition is performed using a capacitively coupled plasma source.
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